Nứt nẻ trong Tượng Phật Bê tông, nguyên nhân và cách phòng tránh

Ngày 05/03/2017 1,171 lượt xem

Tượng Bê tông xi măng đã và đang là loại vật liệu rất quan trọng trong xây dựng các tượng Đài Phật, Quan Âm. Trong quá trình sử dụng đã xuất hiện rất nhiều các khuyết tật làm ảnh hưởng tới mỹ quan kiến trúc và khả năng làm việc của kết cấu bê tông. Nguyên nhân chính nằm ở chính đặc tính của vật liệu bê tông xi măng như khả năng chịu uốn kém, phản ứng thủy hóa xi măng, phản ứng hóa học giữa các thành phần khoáng vật gây mất ổn định thể tích.

1. Các loại khuyết tật trong bê tông

Các khuyết tật bê tông có thể dễ dàng quan sát và xác định cụ thể bằng mắt thường, hoặc phải sử dụng máy móc thiết bị. Tuy nhiên, các khuyết tật phổ biến trong bê tông xi măng bao gồm: nứt nẻ (cracking), rạn nứt (chân chim) (crazing), phồng rộp bề mặt (blister), rỗ tổ ong (honeycombing), cong vênh (curling), tách lớp (delamination), hiện tượng trắng mặt (dusting), nứt vỡ (spalling).

1.1 Nứt nẻ

Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng. Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là khả năng chịu uốn kém của bê tông. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông. Vết nứt thường xuất hiện khoảng vài giờ sau khi đổ bê tông, trong khi bê tông còn ở trạng thái dẻo và cường độ của bê tông do thủy hóa xi măng gần như không đáng kể. Theo thời điểm hình thành, vết nứt trong bê tông có thể phân thành 2 loại chính sau:

  • Vết nứt hình thành trong quá trình cố kết của bê tông do tốc độ cố kết khác nhau của các thành phần bê tông và do sự ngăn cản cục bộ bởi cốt thép hay các cốt liệu lớn. Các vết nứt dạng này thường xuất hiện khoảng nửa giờ đến 3 giờ sau khi đổ bê tông và thường phát triển dọc theo hệ thống lưới thép trong sàn.
  • Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót của bê tông khi sự co ngót này bị ngăn cản bởi sự co ngót không đều gây mất ổn định thể tích. Các vết nứt dạng này có thể xuất hiện song song và cách nhau từ 100-600mm, nhưng thông thường không theo khuôn mẫu nào cố định. Chiều dài vết nứt có thể từ 0,25-2m, và thông thường khoảng 300-600mm. Bề rộng vết nứt tại bề mặt có thể đến 3mm, thường chỉ phát triển đến độ sâu của cốt thép. Tuy nhiên, dưới tác động của hiện tượng co ngót sau này của kết cấu bê tông, chúng có thể phát triển xuyên suốt chiều dày sàn.

          

Hình 1. Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót

Vết nứt được phân loại như sau:

Theo nguyên nhân xuất hiện:

a. Vết nứt do tác động của ngoại lực trong quá trình sử dụng;

b. Vết nứt do tác động của cốt thép ứng lực trước lên bê tông;

c. Vết nứt công nghệ do co ngót bê tông, do mức độ đầm vữa bê tông kém, chưng hấp bê tông không đều, do chế độ nhiệt-ẩm;

d. Vết nứt hình thành do cốt thép bị ăn mòn.

Theo mức độ nguy hiểm:

a. Vết nứt chứng tỏ tình trạng nguy hiểm của kết cấu;

b. Vết nứt làm tăng độ thấm nước của bê tông (ở tường tầng hầm);

c. Vết nứt làm giảm tuổi thọ kết cấu do cốt thép hoặc bê tông bị ăn mòn mạnh;

d.“Vết nứt thường”không gây nguy hiểm cho kết cấu (bề rộng vết nứt thường không vượt quá giá trị giới hạn cho phép của tiêu chuẩn).

1.2 Rạn nứt

Xuất hiện dưới dạng 1 mạng lưới các vết nứt trên bề mặt bê tông có kích thước tương đối nhỏ với chiều dài mỗi vết nứt dưới 50mm, khó quan sát được khi bê tông khô.

Ngay trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cường độ, khi điều kiện thời tiết không thuận lợi cho quá trình co ngót và dưỡng ẩm bê tông như độ ẩm thấp, nhiệt độ không khí cao, gió hanh khô hoặc tổng hợp của các yếu tố trên là nguyên nhân thúc đẩy quá trình thoát nước bề mặt, trong khi đó bê tông vẫn cần hàm lượng nước nhất định để quá trình thủy hóa xảy ra.

Đây là nguyên nhân chính thúc đẩy sự hình thành của các vết rạn nứt.

Hiện tượng này thường không ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng làm việc của kết cấu bê tông vì các vết rạn nứt thường không sâu và chưa vào tới cốt thép. Thuật ngữ “nứt chân chim’’ thường được sử dụng để mô tả khuyết tật này.

Hình 2. Các vết rạn nứt

1.3 Phồng rộp bề mặt

Hiện tượng phồng rộp bề mặt hay rỗ khí thường xuất hiện trên bề mặt bê tông, đặc biệt đối với cấu kiện thành mỏng (khó khăn trong công tác đầm dùi), các mạch mao dẫn chưa bị phá vỡ do đó lượng nước thừa (lượng nước bốc thành hơi trong quá trình nhiệt thủy hóa) và lượng bọt khí (do bị cuốn khí, khoảng 1,5%  với bê tông thường) trong bê tông chưa được thoát ra ngoài; dưới tác động của nhiệt độ các thành phần này dần chuyển hóa và bị bay hơi làm xuất hiện các “bọc không khí’’trong bê tông.

Hình 3. Bọt khí

1.4 Cong vênh

Cong vênh là hiện tượng các góc, cạnh của kết cấu bê tông bị biến dạng (co ngót) do sự chênh lệch về độ ẩm và nhiệt độ giữa lớp trên và lớp dưới của kết cấu bê tông (sàn, bản mỏng…). Đặc biệt khi ứng suất gây biến dạng lớn hơn độ bền uốn của bê tông thì các vết nứt sẽ hình thành và phát triển; sự tồn tại của vết nứt lúc nàysẽ làm giảm ứng suất gây biến dạng.

                     

Hình 4. Hiện tượng cong vênh sàn do co ngót

1.5 Tách lớp

Tách lớp tương tự như hiện tượng phồng rộp blister, các mảng vữa xi măng bề mặt bị bong tróc và tách khỏi kết cấu bê tông do kết quả của quá trình thoát hơi nước và bọt khí. Tuy nhiên, so với blister thì diện tích lớp hơi nước và bọt khí trong trường hợp này lớn hơn, nó tích tụ  thành  các  mảng,  miếng  và  tạo  thành  một phân lớp trong kết cấu bê tông.

Thông thường tương đối khó để phát hiện dấu hiệu của khuyết tật này kể từ khi nó xuất hiện cho đến khi nó bị phá hủy, chỉ sau khi bề mặt bê tông khô và khu vự tách lớp bị phá vỡ bởi ngoại lực với chiều dày của các mảng vữa xi măng nằm trong khoảng từ 3-5mm. Bên cạnh đó, hiện tượng bong tróc cũng có thể là kết quả của ứng suất kéo sinh ra trong quá oxy hóa kết cấu thép trong bê tông.

          

Hình 5. Hiện tượng bong tróc

1.6 Hiện tượng trắng mặt (phấn hóa)

Hiện tượng trắng mặt hay bụi bê tông là hiện tượng xuất hiện lớp bột xi măng do sự tan rã của bề mặt bê tông sau khi ninh kết. Bản chất của hiện tượng này như sau:

Thành phần chính của bê tông xi măng là chất kết dính vô cơ (xi măng), nước và các hạt hạt cốt liệu, khi tiến hành trộn các thành phần này với nhau sẽ xảy ra phản ứng giữa xi măng và nước, phản ứng này xảy ra cho đến khi bê tông đạt cường độ (28 ngày);

Bên cạnh đó, trong quá trình diễn ra phản ứng thủy hóa của xi măng thì các hạt xi măng và  thành  phần  cốt  liệu  sẽ  trôi  lơ  lửng trong nước,  do  trọng  lượng  riêng  lớn  hơn  nên  các thành  phần  cốt  liệu  có  xu  hướng  di  chuyển xuống dưới, đẩy nước và một phần hạt xi măng lên phía trên tạo thành một lớp vữa xi măng với khả năng chịu mài mòn kém, khi chịu tác dụng của ngoại lực thì lớp vữa xi măng bị mài mòn dần, đồng thời thành phần xi măng trong lớp vữa sẽ bị tách bóc sinh ra lớp bụi xi măng trên bề mặt.

Hiện tượng phấn hóa sẽ làmcho khả năng chịu mài mòn và độ cứng của bề mặt kết cấu bê tông giảm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của  cấu  kiện,  đặc  biệt  khi  cấu  kiện  thường xuyên chịu tác dụng của lực kéo trên bề mặt.

              

Hình 6. Bụi xi măng

2. Giải pháp phòng ngừa, khắc phục

Nhóm 1:

Không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng ít tới khả năng làm việc của kết cấu,  cơ chế hình thành chủ yếu liên quan đến lượng nước thừa và lượng bọt khí trong bê tông chưa được thoát ra ngoài hoặc lượng nước bề mặt không đủ để quá trình thủy hóa xảy ra với phạm vi xuất hiện không lớn, xuất hiện cục bộ và chủ yếu bên trên bề mặt; bao gồm: phồng rộp bề mặt, rạn nứt chân chim, rỗ tổ ong, cong vênh, bong tróc, phấn hóa và nứt vỡ cục bộ.

Để phòng ngừa sự xuất hiện của các khuyết tật thuộc nhóm này có thể sử dụng một số giải pháp sau đây:

  • Thiết kế chính xác tỷ lệ N/X (nước/ xi măng), sao cho lượng dùng xi măng trong bê tông ít nhất.
  • Bê tông xi măng sử dụng không nên có quá nhiều bột khoáng, và có tính co ngót thấp. Xi măng ít tỏa nhiệt.
  • Duy trì nhiệt độ và độ ẩm bề mặt thích hợp, không nên phủ bề mặt  quá sớm để cho bê tông thoát nhiệt và cũng không nên quá muộn để giảm lượng bốc hơi nước trong bê tông.
  • Công tác đầm bê tông cũng cần hết sức lưu ý, tránh để tách (tập trung) và làm mất nước trong bê tông.
  • Tỷ lệ cuốn khí không được lớn quá 3%.
  • Bề mặt phân cách giữa 2 lớp đổ bê tông phải được đục nhám và vệ sinh sạch sẽ.
  • Cân bằng nhiệt độ giữa lớp trên và lớp dưới của cấu kiện bê tông.

Nhóm 2:

Các vết nứt nẻ cracking với chiều dài, bề rộng và độ sâu lớn, gây ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của kết cấu. Đối với nhóm này thì các giải phòng phòng ngừa cũng bao gồm như đối với nhóm 1, nhưng ở đây cần chú ý sau:

Như phân tích ở trên, sự xuất hiện vết nứt trong bê tông liên quan chặt chẽ đến tốc độ thoát hơi nước bề mặt và tốc độ nước trồi lên bề mặt. Do đó, vấn đề đặt ra là phải khống chế 2 quá trình này, nhất là tốc độ thoát hơi nước bề mặt nhằm hạn chế tốc độ nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông.

Để hạn chế tốc độ thoát hơi nước bề mặt, cần khống chế nhiệt độ, độ ẩm không khí, vận tốc gió và nhiệt độ bê tông, cũng như tạo màng ngăn cách giảm việc trao đổi hơi nước giữa bề mặt bê tông và không khí. Cụ thể là:

  • Lựa chọn thời điểm thi công hợp lý: nên chọn vào sáng sớm hoặc chiều tối.
  • Sử dụng các biện pháp che nắng và che gió.
  • Giảm nhiệt độ của bê tông bằng cách hạ nhiệt độcốt liệu, nước trộn, cốp pha, sử dụng xi măng ít toả nhiệt…
  • Trước khi thi công, nên làm ẩm và giảm nhiệt độ bề mặt nền, cốp pha.
  • Phủ bề mặt bê tông sau khi đổ bê tông (bằng tấm polyethylene hay bao bố ẩm,…).
  • Sử dụng giải pháp phun hơi sương lên bề mặt bê tông, đặc biệt khi thi công bê tông khối lớn hoặc nhiệt độ không khí cao.
  • Dùng phụ gia giảm việc thoát hơi nước bề mặt ngay sau khi đổ bê tông và cho đến khi hoàn thiện bề mặt: Đây là biện pháp đang được dùng phổ biến trong thực tiễn xây dựng khi đổ bê tông trong điều kiện thời tiết không thuận lợi.
  • Đối với bê tông khối lớn, nên áp dụng các giải pháp để đưa nhiệt độ bê tông ra bên ngoài (đặt dàn ống nước trong lòng khối bê tông…) hoặc chia nhỏ khối đổ bê tông.
  • Khi nhiệt độ không khí chênh lệch giữa ngày và đêm lớn, gây cho bề mặt bê tông bị sốc nhiệt, sinh ứng suất kéo làm nứt bê tông thì có thể phủ lên trên bề mặt bê tông một lớp cốt liệu rồi mới tiến hành phun nước dưỡng ẩm.
  • Áp dụng các biện pháp dưỡng hộ bê tông ngay sau khi hoàn thiện bề mặt.

Điều quan trọng là các biện pháp này cần phải được áp dụng theo đúng qui trình trong suốt quá trình để đảm bảo bê tông đủ cường độ trước khi ứng suất kéo cực đại trong bê tông ở trạng thái dẻo do sức căng bề mặt tăng cao.